PECVD原理和设备结构
PECVD原理及设备结构
真空度检测器
用于实时监测PECVD腔室的真空度 ，一般采用电离规或电容规等源
为PECVD设备提供高电压，一般采用直流 电源，输出电压范围为几千伏至几十千伏。
为PECVD设备提供射频能量，一般采用大 功率射频放大器，输出频率为13.56 MHz 。
偏压电源
电源控制系统
pecvd原理及设备结构
2023-11-06
目录
• 引言 • pecvd原理 • pecvd设备结构 • pecvd工艺控制 • pecvd应用领域 • 结论
01
引言
目的和背景
目的
PECVD是一种用于制备薄膜材料的方法，具有较高的质量和 均匀性，同时具有较低的成本和更广泛的适用范围。
背景
随着科技的发展，对于薄膜材料的需求不断增加，而PECVD 作为一种制备薄膜材料的有效方法，得到了广泛的应用和推 广。
薄膜的结构对它的性能也有重要影响。例如，多晶硅薄膜具有较高的导电性能和机械强度，而单晶硅薄膜则具 有较高的光学性能和电子迁移率。
工艺流程优化
工艺流程设计
为了获得高质量、高性能的薄膜，需要对PECVD工艺流程进行精心设计。这包括前处理、沉积过程、 后处理等各个环节的优化和控制。
设备维护与保养
为了保持设备稳定性和生产效率，需要定期对设备进行维护和保养。例如，清洗反应室、更换电极等 。
06
结论
研究成果总结
01
PECVD原理的发现
PECVD是一种基于等离子体放电的化学气相沉积技术，其原理是利用
辉光放电产生的高能等离子体对薄膜进行沉积。
02 03
PECVD设备结构的研究
PECVD设备通常由反应室、电源、进气系统、排灰系统等组成。反应 室是设备的主要组成部分，其内部结构包括电极、放电空间和沉积表 面。
PECVD的工作原理
PECVD的工作原理PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）是一种常用的薄膜沉积技术，广泛应用于半导体、光电子、纳米材料等领域。
本文将详细介绍PECVD的工作原理。
一、PECVD的基本原理PECVD是一种在低压等离子体环境下进行的化学气相沉积技术。
其基本原理是利用等离子体产生的高能粒子激活气体份子，使其发生化学反应并沉积在基底表面上，形成所需的薄膜。
二、PECVD的装置结构PECVD的基本装置由气体供给系统、等离子体激发系统和基底台组成。
1. 气体供给系统：负责提供所需的沉积气体。
常用的沉积气体包括硅源气体（如SiH4）、硅氟化物（如SiF4）、氨气（NH3）等。
2. 等离子体激发系统：通过高频电源产生等离子体。
高频电源将气体供给系统提供的气体引入反应室，并在电场作用下激发气体份子形成等离子体。
3. 基底台：用于放置待沉积的基底材料。
基底材料可以是硅片、玻璃基板或者其他材料。
三、PECVD的工作过程PECVD的工作过程主要包括气体供给、等离子体激发和薄膜沉积三个阶段。
1. 气体供给阶段：沉积气体由气体供给系统提供，并通过气体通道引入反应室。
通常使用多个气体通道，以便同时供给多种沉积气体。
2. 等离子体激发阶段：高频电源产生的电场作用下，沉积气体份子被激发形成等离子体。
等离子体中的高能粒子与气体份子发生碰撞，使其发生化学反应。
3. 薄膜沉积阶段：激发的气体份子在等离子体的作用下，沉积在基底表面上形成薄膜。
沉积过程中，气体份子会发生解离、重组、聚合等反应，最终形成所需的薄膜。
四、PECVD的应用PECVD技术具有广泛的应用领域，包括但不限于以下几个方面：1. 半导体工业：PECVD可用于制备薄膜晶体管（TFT）等半导体器件的绝缘层、导电层和保护层，提高器件性能。
2. 光电子领域：PECVD可用于制备光学薄膜，如反射膜、透镜膜、滤波膜等。
3. 纳米材料研究：PECVD可用于制备纳米结构材料，如纳米颗粒、纳米线、纳米薄膜等。
PECVD设备介绍
PECVD设备介绍PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）即等离子体增强化学气相沉积技术，是一种常用于制备薄膜的工艺方法。
该方法利用等离子体激活气体分子，使其在室温下与固体表面反应，形成薄膜。
PECVD设备是实现PECVD技术的关键设备之一，本文将对PECVD设备的工作原理、主要组成部分和应用领域进行详细介绍。
【工作原理】PECVD设备主要由气体输送系统、真空系统、等离子体激发系统、基底加热系统和反应室组成。
其工作原理是将气体通过气体输送系统进入反应室，然后通过真空系统将反应室抽成高真空状态，再利用等离子体激发系统将气体分子激发形成等离子体，最后将等离子体中的活性物种沉积在基底上，形成薄膜。
【主要组成部分】1.气体输送系统：由气体缸、气体流量计和气体控制阀等组成，用于控制和输送反应气体。
2.真空系统：由机械泵和分子泵等组成，用于将反应室抽成高真空状态，以保证薄膜质量。
3.等离子体激发系统：主要包括高频电源、等离子体发生器和电极等，用于产生等离子体并激发气体分子。
4.基底加热系统：由加热源和温度控制器等组成，用于加热基底，提供合适的反应条件。
5.反应室：是进行气体反应的空间，通常采用石英制成，具有良好的耐高温、耐腐蚀性能。
【应用领域】1.半导体器件制备：PECVD设备可用于生长SiO2、SiNx等材料，用于制备MOSFET等半导体器件的绝缘层和通道层。
2.光伏电池制备：PECVD设备可用于制备非晶硅、多晶硅等薄膜，用于制备光伏电池的光吸收层和透明导电层。
3.平板显示器制备：PECVD设备可用于制备低温多晶硅薄膜，用于制备薄膜晶体管面板的薄膜电晶体。
4.光学涂层制备：PECVD设备可用于制备SiO2、Si3N4等材料，用于制备抗反射膜、硬质涂层、光学滤波器等光学涂层。
5.纳米材料合成：PECVD设备可用于合成纳米碳管、纳米颗粒等纳米材料，应用于传感器、催化剂等领域。
pecvd镀膜要点总结
pecvd镀膜要点总结PECVD镀膜是一种常用的薄膜制备技术，它具有广泛的应用领域。
本文将从PECVD镀膜的原理、设备、工艺参数和应用等方面进行讨论，以便更好地理解PECVD镀膜技术。
一、PECVD镀膜的原理PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）镀膜技术是利用等离子体的作用，在较低的温度下将气相中的化学物质沉积到基底表面上，形成一层薄膜。
其原理是通过电离气体形成等离子体，然后将预先选择的气体通过等离子体激活，使其发生化学反应并沉积在基底表面上，最终形成所需的薄膜。
PECVD镀膜技术可以实现对不同材料的薄膜制备，如氮化硅、氧化硅、氮化硼等。
二、PECVD镀膜的设备PECVD镀膜设备主要由真空系统、气体供给系统、电源系统和控制系统等组成。
真空系统用于提供良好的真空环境，以保证反应的进行；气体供给系统用于将所需的气体输送到反应室中；电源系统则提供能量激活气体，产生等离子体；控制系统用于监控和调节各个参数，确保镀膜过程的稳定性和一致性。
三、PECVD镀膜的工艺参数PECVD镀膜的工艺参数包括沉积温度、沉积压力、气体流量、功率密度等。
沉积温度是指反应室内的温度，它会影响薄膜的结晶性、致密性和机械性能等。
沉积压力是指反应室内的气压，它对等离子体的形成和薄膜的成分有重要影响。
气体流量是指输入到反应室中的气体量，它决定了反应物的浓度和速率。
功率密度是指等离子体中的功率密度，它对等离子体的激活和反应速率有影响。
四、PECVD镀膜的应用PECVD镀膜技术在各个领域都有广泛的应用。
在微电子领域，PECVD镀膜被用于制备薄膜晶体管（TFT）和光学薄膜等。
在太阳能电池领域，PECVD镀膜技术可以用于制备硅薄膜太阳能电池。
在显示器和光学器件领域，PECVD镀膜技术可以制备透明导电膜和抗反射膜等。
此外，PECVD镀膜技术还广泛应用于防腐蚀涂层、功能涂层和生物医学领域等。
pecvd设备
PECVD设备在当今先进科技领域中，PECVD设备扮演着至关重要的角色。
PECVD代表等离子体增强化学气相沉积，是一种重要的薄膜沉积技术，广泛应用于半导体、光伏、显示器件等领域。
PECVD设备的基本原理PECVD设备利用等离子体产生的活性物种，通过气相反应在基片表面沉积薄膜。
基本原理包括：•等离子体生成：在反应室中建立高频射频电场，使气体放电产生等离子体。
•沉积过程：活性物种在等离子体作用下与基片反应，形成所需薄膜。
PECVD设备的组成一般而言，PECVD设备由以下部分组成：1.反应室：容纳气体并产生等离子体的空间。
2.真空系统：维持反应室内的低压环境。
3.进气系统：引入反应气体。
4.电源系统：提供等离子体产生的电场能量。
5.温控系统：控制基片温度。
6.底座：支撑基片并提供加热功能。
PECVD在半导体工业中的应用PECVD在半导体制造领域有着广泛的应用，主要体现在：1.氧化膜制备：用于晶体管的绝缘层制备。
2.氮化硅膜：在隔离栅结构中的应用。
3.光刻胶薄膜：用于对器件进行光影形成。
4.多晶硅膜：应用于太阳能电池等领域。
未来发展趋势随着技术不断更新迭代，PECVD设备也在不断改进和发展：•高温PECVD：增加设备的操作温度范围。
•多室PECVD：实现多层薄膜的连续沉积。
•高效PECVD：提高沉积速率和材料利用率。
结语PECVD设备在现代工业领域扮演着不可或缺的角色，其应用范围和重要性不断扩大。
未来，随着科技的进步和需求的不断增长，PECVD设备将继续发挥重要作用，推动着产业的发展和创新。
PECVD设备工作原理
PECVD设备工作原理PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）是一种利用等离子体增强的化学气相沉积方法，主要用于在材料表面上形成薄膜。
其工作原理是在高频或射频电场的作用下，将一种或多种前驱体气体以以化学反应的形式引入等离子体中，产生活性物种，然后通过吸附和表面反应，形成所需的薄膜。
首先，将待沉积的基片放置在真空腔体中，然后通过抽气系统将腔体内的气体抽出，使腔体压力降至所需的反应压力范围内。
（一般来说，PECVD反应压力在1到100帕之间）然后，在等离子体源中产生等离子体。
等离子体源通常由两个电极构成，其中一个是由金属制成的底电极，另一个是放电电极或透明电极。
底电极负责加热基片，而放电电极负责产生等离子体。
当高频或射频电场作用于放电电极时，电场能量使得气体分子电离，产生正离子和自由电子，形成等离子体。
接下来，通过前驱体输送系统向腔体中输送前驱体气体。
前驱体气体可以是溶液、气体或固体，具体选择取决于所需的薄膜材料。
当前驱体进入等离子体区域时，受到高能电子和离子的激发、碰撞和解离，形成活性物种，如激发态分子、激发态原子和自由基。
这些活性物种与基片表面上的官能团发生反应，从而使前驱体分子以化学反应的方式沉积到基片表面上，形成所需的薄膜。
为了获得较高的沉积速率和均匀性，通常需要加热基片。
加热系统可以通过底电极或独立的加热元件实现。
通过加热，可以提高反应速率、改善化学反应的选择性和控制沉积组分。
最后，通过气体排放系统将未反应的气体排出，并使腔体内的压力恢复到大气压。
排放系统通常由真空泵和排放阀组成。
总而言之，PECVD设备的工作原理是通过电离气体产生的等离子体激发、碰撞和解离前驱体气体，然后通过化学反应将前驱体分子沉积到基片表面上，形成所需的薄膜。
这种方法广泛应用于半导体、太阳能电池、涂层材料等领域，并具有沉积速率快、成本低和可控性好等优点。
PECVD工艺原理及操作
它具有非常好的薄膜均匀性，而且具有大规模生产的能力。
在PECVD工序中，等离子体中的H（氢）对硅表面的钝化和 在烧结工序中SiN中的氢原子向硅内扩散，使H（氢）钝化了 硅表面和体内的晶界，悬挂键等缺陷，使它们不再起复合中 心的作用，减少了少数载流子的复合，提高了少数载流子的
寿命，从而改善了硅片质量，提高了太阳能电池的效率。
• CESAR：控制电脑，每一个系统都安装了CESAR控制电脑及
工艺部
报告人:
32
基本操作_板P
1、准备工作：双手配带,PVC手套，佩戴活性炭口罩。 2、领片:从烘干机中小心取一组硅片，将硅片篮倾斜45度，仔细检查硅 片是否有损坏现象，是否仍有有水珠存在。将检查好的硅片整齐的放于 小推车上，并核查流程单记录篮号是否与实际相符，将核查好的流程单 放于小车旁边的工具盒里面。 注意事项：从烘干机领片时，确保硅片表面没有水珠后，再进行装片。 带实验单的流程单一定要看清楚实验要求。
目录
一．基本原理
二．工艺流程 三．设备结构
四．基本操作
五．异常处理
工艺部
报告人:2Fra bibliotek 基本原理PECVD： Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition 等离子 增强 化学 气相 沉积
等离子体：气体在一定条件下受到高能激发，发生电离，部 分外层电子脱离原子核，形成电子、正离子和中性粒子混合物 组成的一种形态，这种形态就称为等离子态即第四态。
工艺部
报告人:
5
基本原理
其它方法的沉积温度： APCVD —常压CVD，700-1000℃ LPCVD —低压CVD， 750℃，0.1mbar PECVD — 300-450 ℃，0.1mbar PECVD的一个基本特征是实现了薄膜沉积工艺的低温化 （<450℃）。因此带来的好处： 节省能源，降低成本 提高产能 减少了高温导致的硅片中少子寿命衰减 其他优点： 沉积速率快 成膜质量好 缺点： 设备投资大、成本高，对气体的纯度要求高 镀膜过程中产生的剧烈噪音、辐射、粉尘等对人体有害 报告人: 工艺部
PECVD设备简介
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THANKS
监测温度
通过温度计监测设备内部 的温度，确保温度达到工 艺要求并保持稳定。
气体通入
打开气体通入阀
打开通入阀，开始通入反应气体。
控制气体流量
通过流量计控制反应气体的流量， 确保气体流量达到工艺要求。
监测气体浓度
通过气体分析仪监测反应气体浓度， 确保气体浓度达到工艺要求。
放电与反应
启动放电系统
启动放电系统，开始进行放电操作。
应用领域
光伏产业
用于制备太阳能电池的 光电材料薄膜，如硅薄
膜、氮化硅薄膜等。
半导体产业
用于制备集成电路、微 电子器件等所需的高质
量薄膜材料。
光学产业
用于制备光学薄膜、增 透膜、反射膜等。
表面处理领域
用于提高材料表面的耐 磨性、耐腐蚀性和附着
力等性能。
02 PECVD设备组成
反应室
01
02
03
04
应用领域拓展
新材料研发
利用PECVD设备制备新型薄膜材料，探索其在新能源、光电子、生 物医学等领域的应用。
柔性电子
将PECVD设备应用于柔性电子产品的制造，如柔性显示、柔性电池 等，满足市场对可穿戴设备和便携式电子产品的需求。
纳米科技
利用PECVD设备制备纳米级薄膜材料，探索其在纳米电子、纳米光子、 纳米生物等领域的应用。
05 PECVD设备发展趋势与展 望
技术创新与升级
1 2 3
高效能
通过改进反应气体供给系统和优化反应条件，提 高PECVD设备的沉积速率和均匀性，从而提高生 产效率和产品质量。
智能化
引入自动化控制系统和人工智能技术，实现设备 智能化操作和实时监控，提高设备运行稳定性和 可靠性。
PECVD的工作原理
PECVD的工作原理一、引言PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）是一种常用的薄膜沉积技术，广泛应用于半导体、光电子、显示器件等领域。
本文将详细介绍PECVD的工作原理，包括基本原理、设备结构和工作过程。
二、基本原理PECVD是一种在等离子体环境下进行化学气相沉积的技术。
其基本原理是通过高频电场激发气体形成等离子体，使气体分子发生电离和激发，然后将激发态的气体分子通过表面反应沉积在基底上，形成所需的薄膜。
三、设备结构PECVD设备通常由以下几个主要部分组成：1. 反应室：用于放置基底和进行沉积反应的空间。
2. 气体供给系统：用于提供沉积所需的气体混合物，包括前驱体气体和载气。
3. 真空系统：用于将反应室抽成所需的真空度。
4. RF源：用于产生高频电场，激发气体形成等离子体。
5. 加热系统：用于控制反应室内的温度，以实现沉积过程的温度控制。
四、工作过程PECVD的工作过程主要包括以下几个步骤：1. 准备工作：将基底放置在反应室中，并将反应室抽成所需的真空度。
2. 气体供给：通过气体供给系统向反应室中提供所需的气体混合物，包括前驱体气体和载气。
前驱体气体可以是有机物、无机物或金属有机化合物，而载气通常是惰性气体，如氩气。
3. 气体激发：通过RF源产生高频电场，激发气体形成等离子体。
等离子体中的电子和离子具有较高的能量，可以引发气体分子的电离和激发。
4. 反应沉积：激发态的气体分子通过表面反应沉积在基底上，形成所需的薄膜。
沉积过程中，气体分子发生化学反应，生成固态产物并附着在基底表面。
5. 控制参数：在整个工作过程中，需要对温度、气体流量、沉积时间等参数进行精确控制，以实现所需的薄膜质量和性能。
五、应用领域PECVD技术广泛应用于半导体、光电子、显示器件等领域，具有以下几个主要应用：1. 薄膜沉积：PECVD可以用于沉积各种材料的薄膜，如氮化硅、氧化硅、氮化硼等，用于制备光学薄膜、隔热薄膜、保护膜等。
PECVD原理及设备结构
PECVD技术还可用于制备激光器的增益介质薄膜，提高激光器的输出功率和稳 定性。
04
PECVD技术发展与展望
PECVD技术发展现状
国内外研究进展
01
PECVD技术在国内外均得到了广泛研究，已应用于个领域，
如太阳能电池、平板显示、集成电路等。
技术成熟度
02
经过多年研究和发展，PECVD技术已经相对成熟，具有较高的
PECVD冷却系统
冷却方式
常见的冷却方式包括水冷、风冷和液 冷等，具体选择取决于反应器的温度 和工艺要求。
冷却效果
冷却液的选择
冷却液需要根据具体情况进行选择， 以保证冷却效果和安全性。
冷却系统的效果需要满足工艺要求， 确保反应器内部的温度稳定和均匀。
03
PECVD材料应用
PECVD在太阳能电池中的应用
智能化
随着人工智能和自动化技术的发展，PECVD技术正朝着智能化方 向发展，以实现更加精准和高效的生产控制。
PECVD技术面临的挑战与机遇
挑战
随着技术的不断进步和应用领域的拓展，PECVD技术面临着 诸多挑战，如提高设备性能、降低成本、优化工艺参数等。
机遇
随着新能源、新材料等领域的快速发展，PECVD技术的应用 前景广阔，将为相关行业的技术进步和产业升级提供有力支 持。
射频功率
增加射频功率可以提供更多的能量，促进气体分子的电离和化学反应， 从而提高沉积速率。
反应气压
反应气压对PECVD沉积速率的影响较为复杂，气压过高或过低都不利 于获得高质量的薄膜材料。
02
PECVD设备结构
PECVD反应器设计
01
02
03
反应器类型
PECVD反应器主要分为水 平管式、垂直管式和流化 床式，每种类型都有其特 点和应用范围。
PECVD的工作原理
PECVD的工作原理PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）是一种常用的化学气相沉积技术，广泛应用于半导体、光电子、薄膜等领域。
本文将详细介绍PECVD的工作原理，包括基本原理、设备结构、工作过程和应用。
一、基本原理PECVD是利用等离子体（plasma）在化学气相沉积过程中提供能量，促进气体分子的激活和反应。
等离子体是指气体中的电离态和非电离态粒子的混合物，具有高能量和活性。
PECVD利用等离子体的特性，使得气相中的前驱体分子在表面发生化学反应，从而形成所需的薄膜。
二、设备结构PECVD设备主要由气体供给系统、真空系统、等离子体发生器、反应室和控制系统等组成。
气体供给系统用于提供所需的前驱体气体和载气；真空系统用于建立反应室内的高真空环境；等离子体发生器通过高频电场或射频电场产生等离子体；反应室是进行化学反应的主要空间；控制系统用于控制各个部分的运行参数。
三、工作过程PECVD的工作过程主要包括气体供给、真空抽取、等离子体激发和化学反应四个阶段。
1. 气体供给：前驱体气体和载气通过气体供给系统进入反应室。
前驱体气体是形成所需薄膜的主要气体，如硅烷、氨气、二甲基铜等；载气用于稀释前驱体气体，调节反应条件。
2. 真空抽取：在气体供给后，通过真空系统将反应室内的气体抽取至较低的压力，以建立高真空环境。
高真空有利于等离子体的形成和反应的进行。
3. 等离子体激发：在建立高真空后，通过等离子体发生器产生高频电场或射频电场，激发气体中的电子，形成等离子体。
等离子体中的高能电子与气体分子碰撞，使其激活并增加反应速率。
4. 化学反应：在等离子体的作用下，前驱体气体发生化学反应，沉积在基底表面形成薄膜。
反应的具体机理和反应条件会根据所需薄膜的性质而有所不同。
四、应用PECVD广泛应用于半导体、光电子、薄膜等领域，主要用于薄膜的生长和表面改性。
具体应用包括：1. 半导体器件制造：PECVD可用于生长多种薄膜，如硅氮化物、氧化硅、氮化硅等，用于制造晶体管、电容器等器件的绝缘层、隔离层等。
2.PECVD工艺及设备介绍
PECVD工艺及设备介绍一、PECVD原理及作用介绍1.PECVD原理PECVD：Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (等离子增强化学气相沉积)所谓等离子体：气体在一定条件下受到高能激发，发生电离，部分外层电子脱落原子核，形成电子、正离子和中性粒子混合物组成的一种形态，这种形态就称为等离子态即第四态。
等离子体从宏观来说也是电中性，但是在局部可以为非电中性。
如下图所示。
具体到太阳能电池中，PECVD是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子化学活性很强，很容易发生反应，在硅片上沉积出所期望的薄膜。
在工业化太阳能电池生产中，最常见的薄膜是Si3N4。
所用的活性气体为SiH4和NH3。
这些气体经解离后反应，在硅片上长出氮化硅膜。
可以根据改变硅烷对氨的比率，来得到不同的折射指数。
在沉积工艺中，伴有大量的氢原子和氢离子的产生，使得晶片的氢钝化性十分良好。
理想的反应如下：正常的SiNx的Si/N之比为0.75，即Si3N4。
但是PECVD沉积氮化硅的化学计量比会随工艺不同而变化，Si/N变化的范围在0.75-2左右。
除了Si和N，PECVD的氮化硅一般还包含一定比例的氢原子，即SixNyHz 或SiNx:H.2.PECVD作用PECVD沉积Si3N4膜的主要作用是做减少反射和钝化。
下图为Si3N4膜形成前后的反射率曲线图。
SiNx减反射机理如下图所示，主要运用的薄膜的干涉相消原理。
根据形成的SiNx的厚度不同，关系的反射率也不同，同时，表现为硅片镀膜后的颜色的不同。
下图为不同的膜厚对应的颜色变化。
颜色厚度（nm）颜色厚度（nm）颜色厚度（nm）硅本色0-20 很淡蓝色100-110 蓝色210-230褐色20-40 硅本色110-120 蓝绿色230-250黄褐色40-50 淡黄色120-130 浅绿色250-280红色55-73 黄色130-150 橙黄色280-300深蓝色73-77 橙黄色150-180 红色300-330蓝色77-93 红色180-190淡蓝色93-100 深红色190-210蓝色77-93 红色180-190淡蓝色93-100 深红色190-210对于多晶硅电池片，因存在较高的晶界、点缺陷（空位、填隙原子、金属杂质、氧、氮及他们的复合物），因此对材料表面和体内缺陷进行钝化就显得特别重要。
23_CVD工艺原理及设备介绍
RPSC系统
第12 页/ 共23 页
PECVD设备
四 、 PP RR OO CC EE SS SS CC HH AA MM BB EE RR 内 备 件
第13 页/ 共23 页
PP RR OO CC EE SS SS CC HH AA MM BB EE RR 内 备 件
会计学
1
CVD工艺原理及设备介绍
二、PECVD基本原理及功能
1. CVD的介绍
2.PECVD的介绍
PECVD基本原理及功能
PECVD基本原理及功能
4. PECVD 参数
PECVD基本原理及功能
Layer
名称
膜厚
使用气体
描述
Multi
g-SiNx:H
3500±10%Å
SiH4+NH3+N2
对Gate信号线进行保护和绝缘的作用
g-SiNx:L
500±10%Å
a-Si:L
500±15%Å
SiH4+H2
在TFT器件中起到开关作用
a-Si:H
1300±20%Å
n+ a-Si
500±20%Å
SiH4+PH3+H2
减小a-Si层与S/D信号线的电阻
PVX
p-SiNx
2500±10%Å
SiH4+NH3+N2
第22 页/ 共23 页
PP RR OO CC EE SS SS CC HH AA MM BB EE RR 内 备 件
PROCESS CHAMBER的湿洗
1.Diffuser
第14 页/ 共23 页
DD ii ff ff uu ss ee rr 使 工 艺 气 体 和 RR FF 能 量 均 匀 地 扩 散 进 入 pp rr oo cc ee ss ss cc hh aa mm bb ee rr 。 微 粒
PECVD原理和设备结构
SINx薄膜
氮化硅颜色与厚度旳对照表
颜色
厚度（nm）
颜色
硅本色
0-20
很淡蓝色
褐色
20-40
硅本色
黄褐色
40-50
淡黄色
红色
55-73
黄色
深蓝色
73-77
橙黄色
蓝色
77-93
红色
淡蓝色
93-100
深红色
厚度（nm） 100-110 110-120 120-130 130-150 150-180 180-190 190-210
Si3N4旳认识: 其Si理3N想4膜旳旳厚颜度色是伴75随—它8旳0n厚m度之旳间变，化表而面变呈化现， 旳2.颜5之色间是为深最蓝佳色。，Si3N4膜旳折射率在2.0—
Si3N4旳优点： 优良旳表面钝化效果高效旳光学减反射性能（ 厚度折射率匹配）低温工艺（有效降低成本） 反应生成旳H离子对硅片表面进行钝化.
加热系统：位于石英管外，有五个温区。
PECVD设备构造
冷却系统： 是一套封闭旳循环水系统，位于加热系统旳金属
外壳，四进四出并有一种主管道，可适量调整流 量大小。 冷却系统旳优点:
• 没有消耗净室空气 • 不同管间无热干涉 • 炉环境旳温度没有被热空气所提升 • 空气运动（通风装置）没有使房间污染 • 噪音水平低
冷却系统示意图
PECVD设备构造
特气柜：MFC 气动阀
MFC：气体流量计（NH3 CF4 SiH4 O2 N2）
SiH4 NH3 CF4 O2 N2
1.8 slm 10.8 slm 3.6 slm 3 slm 15 slm
气动阀：之所以不用电磁阀是因为电磁阀在工作时轻
易产生火花，而气动阀能够最大程度旳防止火花。
PECVD的工作原理
PECVD的工作原理PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）是一种利用等离子体增强的化学气相沉积技术，用于在薄膜制备过程中沉积高质量的非晶硅、氮化硅、氧化硅等材料。
本文将详细介绍PECVD的工作原理，包括反应机理、设备构成、工作过程和应用领域。
一、反应机理：PECVD利用等离子体的激活作用，将气相中的前驱物分解并沉积在基底表面，形成所需的薄膜。
等离子体是通过加入辉光放电或者射频电场来激活气体的，这样可以提高反应速率和薄膜质量。
二、设备构成：PECVD系统主要由气体供给系统、真空系统、电源系统、等离子体激发系统和基底加热系统组成。
1. 气体供给系统：用于提供反应所需的气体，包括前驱物气体和稀释气体。
前驱物气体通常是有机气体，如硅烷、氨气等；稀释气体用于控制反应的浓度和速率。
2. 真空系统：用于将反应室抽成高真空状态，以消除气体中的杂质和水分，保证反应的纯净性。
3. 电源系统：用于产生辉光放电或者射频电场，激活气体形成等离子体。
辉光放电是通过高电压放电产生的，射频电场则是通过射频发生器产生的。
4. 等离子体激发系统：用于激活气体，使其分解成反应所需的活性物种。
常用的激发方法有辉光放电和射频电场。
5. 基底加热系统：用于加热基底，使其达到反应所需的温度。
温度的控制对于薄膜的质量和均匀性非常重要。
三、工作过程：PECVD的工作过程主要包括气体供给、气体激发、沉积反应和薄膜生长。
1. 气体供给：前驱物气体和稀释气体通过气体供给系统进入反应室。
气体的流量和比例需要根据所需的薄膜性质进行调节。
2. 气体激发：通过电源系统产生的辉光放电或者射频电场激活气体，形成等离子体。
等离子体中的电子和离子具有高能量，可以激发气体份子的化学反应。
3. 沉积反应：激活的气体份子在基底表面发生化学反应，生成所需的薄膜。
反应的具体机理取决于前驱物气体的化学性质和反应条件。
4. 薄膜生长：沉积的薄膜在基底表面逐渐增长，形成均匀的薄膜。
PECVD原理及设备结构
PECVD原理及设备结构xx年xx月xx日•引言•PECVD原理•PECVD设备结构目录•设备操作及维护•应用案例分析01引言探索PECVD的原理、特点和应用领域了解PECVD设备的基本结构和操作流程分析PECVD技术与其他薄膜制备技术的优缺点目的和背景PECVD简介01PECVD全称等离子增强化学气相沉积，是一种在半导体和微电子制造领域中常用的薄膜制备技术02其原理是利用等离子体在低温下激活化学反应，实现高质量、低损伤、大面积均匀的薄膜沉积03PECVD技术具有沉积温度低、薄膜质量高、设备简单等优点，在制造纳米结构、高性能薄膜和大规模集成电路等方面具有广泛的应用前景报告结构概述分析PECVD技术与其他薄膜制备技术的区别和联系本报告将介绍PECVD的基本原理和设备结构最后，对当前研究进展和未来发展趋势进行展望通过实例说明PECVD在微电子和半导体制造中的应用02 PECVD原理辉光放电在辉光放电过程中，电子和离子在电场中获得能量，与反应气体分子发生碰撞，产生原子、分子、离子以及电子等活性粒子。
热解反应热解反应是指活性粒子在高温下与反应气体分子发生碰撞，使其分解为原子或分子。
化学反应活性粒子在辉光放电和热解反应过程中相互碰撞，形成稳定的化合物，如薄膜。
PECVD反应机理1PECVD工艺参数23反应气体流量直接影响膜层的组成和结构，需根据实际应用需求进行选择。
反应气体流量辉光放电功率影响辉光放电过程中活性粒子的能量，进而影响薄膜的质量和沉积速率。
辉光放电功率沉积温度影响膜层的结晶度和致密性，需根据实际应用需求进行选择。
沉积温度PECVD优势PECVD工艺流程简单，操作方便，易于实现自动化生产。
工艺简单可制备多种类型的薄膜，适用于不同领域的应用。
适用范围广采用辉光放电和热解反应相结合的方式，具有较高的沉积速率，可大幅缩短制备周期。
沉积速度快由于活性粒子在辉光放电和热解反应过程中具有较高的能量，可制备出结晶度高、致密性好、附着力强的薄膜。
PECVD设备资料
1
管式PECVD日常报警说明 管式 日常报警说明
Boat already in tube----select: [ process=0 unload=1]. 说明：石墨舟已经在管内----选择 运行工艺=0 选择[运行工艺 说明：石墨舟已经在管内 选择 运行工艺 取 出卸下=1]。 出卸下 。 当管内有石墨舟时， 当管内有石墨舟时，异常排除后手动运行工艺时 会出现这样的提示，查看镀膜情况后在做选择。 会出现这样的提示，查看镀膜情况后在做选择。
HFGen out of 1st(2nd) tolerance. 说明：高频发生器超过第一（ 个位置， 说明：高频发生器超过第一（二）个位置，如果在镀膜 中退出，如已经沉积到氮化硅，检查镀膜时间后， 中退出，如已经沉积到氮化硅，检查镀膜时间后，选择 手动工艺输入剩余时间。 手动工艺输入剩余时间。 通常出现这样的报警有三种情况： 通常出现这样的报警有三种情况： (1)石墨舟的电极孔放反。 石墨舟的电极孔放反。 石墨舟的电极孔放反 (2)石墨电极内有硅片倒落或者小碎片卡在两片电极的中 石墨电极内有硅片倒落或者小碎片卡在两片电极的中 间。 (3)炉内的碎片太多，石墨电极底部接触到碎片形成两片 炉内的碎片太多， 炉内的碎片太多 电极之间的短路。 电极之间的短路。
7
管式PECVD日常报警说明 管式 日常报警说明
Collective alert pump st.1 说明：真空泵报警。 说明：真空泵报警。 一般情况下是由于真空泵的负压太大， 一般情况下是由于真空泵的负压太大，导 致报警。 致报警。如复位无效的话通知工序长或领 班。
CVD工艺原理及设备介绍(共23张PPT)
➢ Body为不锈钢
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PECVD设备 4、Process Chamber Process Chamber控制了在一个玻璃上的化学气相沉积过 程的所有工序
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低(1)隙a态-S密i:H度、深能级g杂-质S少i、N高x迁:移L率、暗5态0电0阻±率高10%Å
护和绝缘的作用
Atm 机器手: ATM 机器手共有4个方向,即T,X,R,Z轴,其中X轴是通过
a-Si:L 半导体:Poly-Si(多晶硅), 非晶硅等;
500±15%Å
SiH4+H2 在TFT器件中起到开关
Light CPurVtaiXn(红外线):防p止-设Si备N自x动进行时2有5人0接0近±Sta1g0e %Å SiH4+NH3+N2 对S/D信号线进行保护
辉光放电生成等离子体在衬底上成膜。
4、Process Chamber
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PECVD基本原理及功能
ii.作为钝化层，密度较高，针孔少
高，固定
(3) n+ a-Si
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Technology 具Gro有up较高的电导率，较低的电导激活能，较高的参杂效率，
形成微晶薄膜。
三、PECVD设备
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PECVD设备
1. Loadlock Chamber
Backing Pla➢te 温度
四、PROCESS CHAMBER内备件 温度也能部分反映出susceptor是否需要被更换
PECVD设备介绍
PECVD设备介绍PECVD（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition）是一种利用等离子体增强的化学气相沉积方法，用于在固体表面上生长薄膜。
PECVD 设备是用于执行这一过程的装置，它由若干重要组件组成。
下面将对PECVD设备的原理、构成和应用进行详细介绍。
PECVD设备的工作原理基于化学气相沉积（CVD）和等离子体技术的结合。
它通常包括一个真空室，用来确保反应环境中没有气体和杂质。
PECVD过程中，在真空室中供应一种或多种气体，通过设置一定的温度和压力条件，使其在受到等离子体激发的条件下，发生化学反应并沉积在底板上。
PECVD设备的核心部分是等离子体产生系统，它通常由高频电源、电极和等离子体构成。
高频电源产生高频电场，应用在电极上，形成电介质冷等离子体。
这个等离子体通过电极间的电场加速，进而与传递过来的气体发生碰撞，使气体电离并激发化学反应。
此外，PECVD设备还包括气体供应系统、真空泵、控制系统和监测系统等组件。
气体供应系统用于控制和提供所需的反应气体，通常通过气体质量流控制器来实现。
真空泵用于在沉积过程中创建和维持所需的真空环境。
控制系统用于控制和监测PECVD设备的各个参数，如温度、压力、频率等。
监测系统用于实时采集并分析过程中的关键参数，如等离子体密度和附着物质的化学成分。
PECVD设备在许多领域有广泛的应用。
在半导体行业中，PECVD用于沉积和改善硅氧化物（SiO2）和氮化硅（SiNx）等薄膜的性能。
在显示技术中，PECVD用于制备液晶显示器和有机发光二极管（OLED）等器件的透明导电氧化物薄膜。
在太阳能行业中，PECVD用于制备薄膜太阳电池的多层结构，如非晶硅和微晶硅薄膜。
此外，PECVD设备还广泛应用于光学镀膜、防反射涂层和生物医学领域等。
在使用PECVD设备进行表面涂层时，需要考虑反应气体的选择、流量和工艺参数的优化，以确保所需的沉积效果。
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PECVD设备结构
真空系统
真空泵：每一根石英管配置一组泵，包括 主泵和辅助泵。
蝶阀：可以根据要求控制阀门的开关的大 小，来调节管内气压的
PECVD设备结构
控制系统
CMI:是 Centrotherm 研发的一个控制系统，其中
界面包括 Jobs（界面） 、System（系统）、
Catalog（目录）、Setup（软件）、Alarms（报警）、 Help（帮助）. Jobs:机器的工作状态。 System:四根管子的工作状态，舟的状态以及手动操 作机器臂的内容。 Datalog:机器运行的每一步。
Si3N4的认识: 其Si理3N想4膜的的厚颜度色是随75着—它8的0n厚m度之的间变，化表而面变呈化现， 的2.颜5之色间是为深最蓝佳色。，Si3N4膜的折射率在2.0—
Si3N4的优点： 优良的表面钝化效果高效的光学减反射性能 （厚度折射率匹配）低温工艺（有效降低成本） 反应生成的H离子对硅片表面进行钝化.
a. 淀积速率随衬底温度的增加略有上升，但变化不显著。由于PECVD工艺的反应动力来自 比衬底温度高10～1000倍的“电子温度”，因而衬底温度的变化对膜的生长速率影响不大。 b. 基板温度与膜应力的关系：从低温到高温，应力的变化趋势是从压应力变为张应力。一种 理论解释为：压应力是由于在膜的沉积过程中，到达膜表面的离子的横向移动的速率太小， 来不及到达其“正常”的晶格位置，被后来的离子覆盖，这样离子就相当于被阻塞在某一位 置，最终就会膨胀，形成压应力。张应力的形成是由于在膜的形成过程中，由于反应中间产 物的气化脱附，而参加淀积的原子，由于其迁移率不够大而来不及填充中间产物留下的空位， 最后形成的膜就会收缩，产生张应力。 针对这种理论，膜在生长过程中，到达膜表面的离子的横向移动速率正比于样品表面的温度， 样品的温度低，膜表面的离子的移动速率就相应趋小，而离子到达样品的速度主要决定于离 子的密度，决定于功率的大小，跟温度基本无关，这样，一方面外部离子不断地大量涌到样 品表面，另一方面，由于温度低，离子的横向迁移率小，离子来不及横向移到其“正常”的 晶格位置就被后来的离子覆盖，必然造成阻塞，成膜厚，阻塞处膨胀，形成压应力。 高温时，由于样品表面的温度比较高，吸附在表面的离子和它们生成的中间产物以及附属产 物等就比较容易脱附而逃离表面，返回到反应室中重新生成气体分子，被真空泵抽走，排出 反应室，结果在样品的表面产生较多的空位，最终，生成的膜中由于空位较多，就会引起膜 的收缩，从而易产生张应力。 c. 基板温度还与功率及 、 流量有关，后三者提高，则基板温度也要相应提高。
加热系统：位于石英管外，有五个温区。
PECVD设备结构
冷却系统： 是一套封闭的循环水系统，位于加热系统的金属
外壳，四进四出并有一个主管道，可适量调节流 量大小。 冷却系统的优点:
• 没有消耗净室空气 • 不同管间无热干涉 • 炉环境的温度没有被热空气所提升 • 空气运动（通风装置）没有使房间污染 • 噪音水平低
PECVD设备结构
Setup: 舟的资料的更改，工艺内容的更改，使用权限 的更改，LIFT位置的更改，CMS安区系统 （安装的感应 器将监控重要系统的运行情况，而一旦不受管的计算机的 控制，CMS将会发生作用，所有的错误信息也都会在 CIM上得以简洁的文本方式显示出来）的更改等。
Alarms：警报内容 Help:简要的说了一下解除警报以及其他方面的方法 CESAR:控制电脑，每一个系统都安装了CESAR控制电
PECVD的原理及设备结构
PECVD的原理
PECVD： Plasma Enhance Chemical Vapour Deposition
等离子增强化学气相沉积
等离子体：由于物质分子热运动加剧，相互间的 碰撞就会使气体分子产生电离，这样的物质就会 变成自由运动并由相互作用的电子、正离子和中 性粒子组成混合物的一种形态，这种形态就称为 等离子态即第四态.
防氧化:结构致密保证硅片不被氧化。
均匀性分析
管式PECVD系统由于其石墨舟中间镂空，因此利用了硅 片作为电极的一部分， 因此辉光放电的特性就与硅片表 面的特性有了一定的关系，比如硅片表面织构化所生成的 金子塔尖端的状态就对等离子体放电产生影响，而目前硅 片的电导率的不同 也影响到等离子场的均匀性
PECVD的原理
3SiH4+4NH3 → Si3N4+12H2↑
技术原理：是利用低温等离子体作能量源，样品置于低
气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电（或另加发热体） 使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体，气体 经一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄 膜。
PECVD的原理及作用
管式PECVD的气流是从石英管一端引入，这样也会造成 工艺气体分布的不均匀
PECVD设备结构
晶片装载区 炉体 特气柜 真空系统 控制系统
PECVD设备结构示意图
PECVD设备结构
晶片装载区：桨、LIFT、抽风系统、SLS系统。
• 桨：由碳化硅材料制成，具有耐高温、防变形等 性能。作用是将石墨舟放入或取出石英管。
PECVD的原理
工作原理：Centrotherm PECVD 系统是 一组利用平行板镀膜舟和高频等离子激发器的 系列发生器。在低压和升温的情况下，等离子 发生器直接装在镀膜板中间发生反应。所用的 活性气体为硅烷SiH4和氨NH3。这些气体作 用于存储在硅片上的氮化硅。可以根据改变硅 烷对氨气的比率，来得到不同的折射指数。在 沉积工艺中，伴有大量的氢原子和氢离子的产 生，使得晶片的氢钝化性十分良好。
SINx薄膜
颜色 硅本色 褐色 黄褐色 红色 深蓝色 蓝色 淡蓝色
氮化硅颜色与厚度的对照表
厚度（nm）
颜色
厚度（nm）
颜色
0-20
很淡蓝色
100-110
蓝色
20-40
硅本色
110-120
蓝绿色
40-50
淡黄色
120-130
浅绿色
55-73
黄色
130-150
橙黄色
73-77
橙黄色
150-180
红色
77-93
• LIFT：机械臂系统，使舟在机械臂作用下在小 车、桨、储存区之间互相移动。
• 抽风系统：位于晶片装载区上方，初步的冷却石墨舟 和一定程度的过滤残余气体
• SLS系统：软着落系统，控制桨的上下，移动范围 在2—3厘米
PECVD设备结构
炉体：石英管、加热系统、冷却系统
石英管：炉体内有四根石英管，是镀膜的 作业区域，耐高温、防反应。
红色
180-190
93-100
深红色
190-210
厚度（nm） 210-230 230-250 250-280 280-300 300-330
PECVD的原理
物理性质和化学性质：
结构致密，硬度大 能抵御碱、金属离子的侵蚀 介电强度高 耐湿性好
PEC的折射率和厚度可 以促进太阳光的吸收。
影响PECVD的工艺参量
（3） 基板温度 用结晶理论进行解释的话：从理论上讲，完整晶体只有在0 K才是稳定的。根据某一确定温 度下，稳定状态取自由能最低的原则，单从熵考虑，不完整晶体更稳定，要想获得更完整的 结晶，希望在更低的温度下生成；但是若从生长过程考虑，若想获得更完整的结晶，必须在 接近平衡的条件下生成，这意味着温度越高越好。非平衡度大时，缺陷和不纯物的引入变得 十分显著。 从工艺上说，温度低可避免由于水蒸气造成的针孔，温度太低，沉积的薄膜质量无保证。高 温容易引起基板的变形和组织上的变化，会降低基板材料的机械性能；基板材料与膜层材料 在高温下会发生相互扩散，在界面处形成某些脆性相，从而削弱了两者之间的结合力。 因此在实际的生长过程中可综合考虑上述两个因素，选择合适的生长温度，使薄膜的结晶程 度达到最佳。本工艺中基片温度大约在400℃。
冷却系统示意图
PECVD设备结构
特气柜：MFC 气动阀
MFC：气体流量计（NH3 CF4 SiH4 O2 N2）
SiH4
1.8 slm
NH3
10.8 slm
CF4
3.6 slm
O2
3 slm
N2
15 slm
气动阀：之所以不用电磁阀是因为电磁阀在工作时
容易产生火花，而气动阀可以最大程度的避免火花。
脑及CESAR 控制软件，此控制电脑独立于主电脑系统中。
判断PECVD 的产出硅片的质量
亮点 色斑
镀膜时 间太短
色斑
色差
水纹 印
影响PECVD的工艺参量
（1） 工作频率、功率 PECVD工艺是利用微波产生等离子体实现氮化硅薄膜沉积。微波一般工作频率为 2.45GHz，功率范围为2600W—3200W。高频电磁场激励下，反应气体激活，电离 产生高能电子和正负离子，同时发生化学沉积反应。功率，频率是影响氮化硅薄膜生 长的重要因素，其功率和频率调整不好，会生长一些有干涉条纹的薄膜，片内薄膜的 均匀性非常差。 ①. 工作频率是影响薄膜应力的重要因素。薄膜在高频下沉积的薄膜具有张应力，而在 低频下具有压应力。绝大多数条件下，低频氮化硅薄膜的沉积速率低于高频率薄膜， 而密度明显高于高频薄膜。所有条件下沉积的氮化硅薄膜都具有较好的均匀性，相对 来说，高频薄膜的沉积均匀性优于低频氮化硅薄膜。 在低频下等离子体的离化度较高，离子轰击效应明显，因此有助于去除薄膜生长中的 一些结合较弱的原子团，在氮化硅薄膜沉积中，主要是一些含氢的原子团，因此，低 频氮化硅薄膜中的氢含量相对较低，薄膜的沉积速率也较低，同时，离子轰击使薄膜 致密化，使薄膜密度较大并表现出压应力。在高频下，由于离子轰击作用较弱，薄膜 表现为张应力。 近期的研究发现，氮化硅薄膜的腐蚀速率与应力有密切的关系，压应力对应于较低的 腐蚀速率，而张应力对应于较高的腐蚀速率。（消除应力的一种方法是采用两套频率 不同的功率源交替工作，使总的效果为压缩应力和舒张应力相互抵消，从而形成无应 力膜。但此方法局限性在于它受设备配置的限制，必须有两套功率源；另外应力的变 化跟两个频率功率源作用的比率的关系很敏感，压应力和张应力之间有一个突变，重 复性不易掌握，工艺条件难以控制）。 ②. 功率对薄膜沉积的影响为：一方面，在PECVD工艺中，由于高能粒子的轰击将使 界面态密度增加，引起基片特性发生变化或衰退，特别是在反应初期，故希望功率越 小越好。功率小，一方面可以减轻高能粒子对基片表面的损伤，另一方面可以降低淀 积速率，使得反应易于控制，制备的薄膜均匀，致密。另一方面，功率太低时不利于 沉积出高质量的薄膜，且由于功率太低，反应物离解不完全，容易造成反应物浪费。 因此，根据沉积条件，需要选择合适的功率范围。